碳化矽：寒氣未及

最近，華為創始人任正非在一篇文章中表示，全球經濟將面臨衰退、消費能力下降的情況，2023年和2024年是華為的生命喘息期，未來整個公司要把“活下來”作為最主要綱領。“全世界的經濟在未來3到5年內都不可能轉好。”

這股寒氣著實吹向了半導體行業的方方面面。不久前，臺積電在釋出財報的同時發表宣告稱，臺積電預計，2023年晶片需求將面臨一個下滑週期。不僅是大廠，半導體行業榮枯的風向標儲存晶片在2022年上半年開始就在不斷的下滑，不管是DRAM記憶體，還是NAND快閃記憶體，價格都是止不住的向下滑。緊接著晶圓代工持續吹著降價風，半導體市場進入去庫存調整期，晶圓代工成熟製程報價也繼續下跌。根據半導體行業的週期輪動規律來看，市場預期這波半導體庫存修正將延續到2023年上半年。

而第三代半導體的代表碳化矽卻頻頻傳來擴廠、擴建、加大投資的訊息，這股持續的“暖流”好像沒有被“寒氣”擊退，反而愈演愈烈。這是為何？這場冰火兩重天之爭，碳化矽能撐到最後嗎？

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蓄勢待發的革命

遵循摩爾定律這一半導體業界的軌道，矽基半導體晶片的效能每隔18到24個月便會提升一倍。但隨著晶片尺寸不斷縮小，特別是當晶片製造工藝水平進入5奈米節點，甚至逼近2奈米以後，因為受到材料、器件和量子物理的限制，矽基晶片逼近物理極限，就會出現量子隧穿導致的漏電效應和短溝道效應等問題。矽晶片的潛力被質疑“殆盡”。

第三代半導體的出現彷彿是賭桌上的新賭注：潛力無限。

碳化矽 “贏”在哪裡？

超結MOSFET或IGBT等矽基產品可用於很寬的電壓範圍（從幾伏到幾百伏不等），適合於多個功率等級，而基於碳化矽的產品則適用於大於等於650V的電壓等級（突破矽的限值，達到3 kV以上功率等級），基於氮化鎵的器件更適合於650 V以下的電壓等級。而當工作頻率增加時，碳化矽和氮化鎵都將逐漸優於矽。應用需求和設計目標決定了首選技術。

就這三種技術而言，並僅著眼於分立FET產品，英飛凌擁有豐富的600 - 650 V產品系列（CoolMOS矽超結MOSFET、CoolSiC碳化矽MOSFET和CoolGaN氮化鎵常關增強型模式HEMT）。儘管SJ MOSFET以非常經濟划算的方式滿足了當前對能源效率和功率密度的大多數要求，但是，如有散熱或超高密度等特殊設計要求，碳化矽和氮化鎵器件為最佳選擇。由於相關器件堅固耐用，CoolSiC MOSFET具有出色的熱效能，CoolGaN HEMT適用於很高的工作頻率，可以將功率密度提升到非常高的水平。

未來，WBG產品有望進一步加速和替代矽基器件，不過，可以預見，這三種技術仍將長期共存。由於碳化矽易於使用，而且從超結MOSFET和IGBT過渡相對容易，因此在某些應用中採用碳化矽的速度會更快一些。

翻倍的利益

安森美二季度營收達20。85億美元，同比增長25%，創下歷史新高、超出市場預，同期淨利潤4。56億美元，同比增長147。83%。該財報釋出後安森美就將其2022年碳化矽營收預期上調為“同比增長3倍”，而此前目標只是增長1倍；預計到2023年，碳化矽業務收入將超過10億美元。3倍只是開始，甚至10倍都不止：安森美還計劃在2025年前將把公司的碳化矽前道工藝產能擴大到目前的10倍以上。

意法半導體二季度財報也預計，2022年意法半導體碳化矽業務將獲得7億美元收入，到2023年將達到10億美元。意法半導體還是特斯拉碳化矽功率模組的主要供應商——受益於汽車、工業等領域對碳化矽的需求，意法半導體同樣在籌劃擴產。

Wolfspeed 2022財年Q4營收同比增長56。7%，環比增長22%；同期淨利潤0。32億美元——這也是其剝離LED資產以來，首次單季度盈利；同時，Wolfspeed將2026年營收預期較去年底提出的21億美元目標提高30%-40%。

我國產業鏈尚處追趕期，營收及淨利潤規模較小。三安光電上半年淨利潤為9。32億元，同比增長5。46%，同期其主營碳化矽業務的子公司湖北三安，淨利潤0。9億元；天嶽先進則仍處於虧損狀態，上半年營收1。61億元，虧損0。73億元。

整體來看，今年上半年起從襯底、器件、模組，到裝置，訂單、產能及出貨量都在持續增長。

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制勝的關鍵

馬不停蹄的佈局

Wolfspeed

今年上半年也宣佈將在北卡羅來納州查塔姆縣建造新的碳化矽工廠，2030年完工後將成為世界上最大的碳化矽材料工廠，其碳化矽晶圓製造能力增加約13倍，而目前Wolfspeed生產的碳化矽已經佔全球碳化矽的60%以上。新工廠總投資將達到50億美元，為此Wolfspeed還將申請與《晶片和科學法案》相關的聯邦政府撥款。Wolfspeed本是全球LED照明巨頭科銳（Cree）旗下專注碳化矽、氮化鎵等第三代半導體材料的部門。Cree原計劃將Wolfspeed賣給德國企業英飛凌，但由於美國國防部以國家安全為理由反對，最終Cree剝離掉原本佔比三分之二的照明業務，在2021年10月正式宣佈更名Wolfspeed，成為一家專注於第三代半導體的企業。

中國臺灣

也在計劃投資產業和研究機構，包括臺灣地區工業發展局（IDB）下屬的產業升級創新平臺指導計劃。該計劃旨在垂直整合從上游材料、裝置和元件到主要應用的一切。據報道，將獲得官方支援的公司包括環球晶圓、漢民科技和廣運機械工程股份有限公司。訊息人士稱，臺灣地區計劃投資8英寸導電碳化矽晶圓工藝、6英寸和8英寸共享半絕緣碳化矽晶圓工藝以及8英寸GaN外延片工藝。

鴻海精密工業（富士康）

正急於追趕和完善產業鏈。近兩年，富士康從旺宏電子購買了6英寸晶圓廠，並投資了Taisic Materials，這使得其母公司更加專注於投資自制的碳化矽晶片發展。在這些公司中，環球晶圓擁有最成熟的碳化矽晶體切割能力。漢民科技子公司 Episil-Precision 具備外延片測試能力，子公司 Episil 擁有碳化矽和 GaN 晶圓廠。富士康透過收購旺宏電子的 6 英寸晶圓廠投資碳化矽晶圓生產，該晶圓廠將用於製造充電樁和 EV 應用。

安森美半導體

日前也在美國新罕布夏州完成全新的碳化矽廠房，該產房的產能預計在2022年底貢獻比現今產能達五倍之多。而新罕布夏州，也正是安森美半導體在2021年收購GTAT（GT Advanced Technology）的總部所在地，該公司也是全球少數能提供矽晶圓基板的指標業者之一。

日本公司當屬最為指標性的

羅姆半導體

，羅姆半導體在碳化矽相關產品線的開發，其積極度不亞於其他歐美IDM業者，像是近年來SiC MOSFET元件的設計，所有大廠皆改採溝槽式結構，羅姆半導體早在2015年就已經領先其他公司匯入，在2012年量產全SiC功率模組，可以想見該公司在該領域有一定的實力在。另一方面，羅姆在碳化矽晶圓供應策略，與Wolfspeed相同，在2009年收購位於德國的SiCrystal AG，該公司主要業務就是提供碳化矽晶圓。

IDM的制勝法寶？

IDM在碳化矽領域皆有相當積極的佈局，原則上，策略的佈局可以分成兩點：其一是收購上游端的碳化矽晶圓基板供應商或是簽署長達五年左右的供應合約，確保碳化矽晶圓基板產能的供應，其二則是在自家晶圓採取擴廠策略，這兩點必須密切配合，方能滿足各類終端應用對於碳化矽元件的需求。值得留意的是，就現階段碳化矽元件的主要供應商，僅有英飛凌並未有收購上游的碳化矽晶圓供應商，長期而言，若面臨碳化矽晶圓供不應求的情況下，考量到各大廠的競合關係，英飛凌有沒有可能面臨巧婦難為無米之炊的窘境，這恐怕也是需要思考的課題。

與此同時，IDM的確也在進一步思考利用8英寸廠進行碳化矽元件的量產可能性。

國產不容錯過

從碳化矽技術節點來看，業界最先進的是8英寸，主流是6英寸。國內很多6英寸第三代半導體產線都是依靠6英寸矽基產線改過來的。國內依靠6英寸矽基產線同步佈局碳化矽領域的動作，從部分廠商專案中已經能夠看到端倪。

今年1月落地揚州的寬能半導體專案，專案計劃生產六寸矽基積體電路晶片及功率器件。當天簽約的還有百識電子半導體專案，南京百識電子科技有限公司專注第三代寬禁帶半導體產業，百識電子半導體專案主要生產第三代半導體外延片。

5月27日，振華科技在最新披露的投資者關係活動記錄中指出，公司將建設一條6英寸矽基/碳化矽基功率器件製造線，提升核心競爭力，解決永光功率器件晶片、群英繼電器晶片需要及產品研發應用，提升振華永光行業地位。

5月31日封頂的浙江廣芯微電子6英寸高階特色矽基晶圓代工專案，其產品同時囊括了6英寸矽基功率半導體晶圓與第三代半導體碳化矽等晶圓。據悉，專案建設全部完成投產後，可實現年產摺合6英寸240萬片特色工藝矽基功率半導體晶圓及年產3。6萬片第三代半導體碳化矽等晶圓的生產能力，年產值達30億元。

9月1日，南京江北新區舉辦以“投資江北共贏未來”為主題的金秋重點產業專案簽約會。總投資65億元的第三代半導體碳化矽襯底關鍵技術研發及產業化專案也在會上進行了簽約，該專案主體為江蘇超芯星半導體有限公司。超芯星聯合創始人袁振乾透露，他們三期擴產規劃已經啟動，規劃產能30-50萬片，是目前產能的15-25倍。

對於國產碳化矽企業來說，如何把握住此輪第三代半導體市場機遇，把握從6英寸向8英寸過渡的技術趨勢，至關重要。